文档介绍：影响钢材机械性能的主要因素
影响钢材机械性能的主要因素2010-06-21 14:04钢结构有性质完全不同的两种破坏形式,即塑性破坏和脆性破坏。塑性破坏的主要特征是具有较大的、明显可见的塑性变形,且仅在构件中的应力达到抗拉强度后才发生。由于塑性破坏前有明显的预兆,能及时发现而采取补救措施,因此,实际上结构是极少发生塑性破坏的:脆性破坏的特征是破坏前的塑性变形很小,甚至没有塑性变形,构件截面上的平均应力比较低低于屈服点。由于脆性破坏前无任何预兆,无法及时察觉予以补救,所以危险性极大。讨论影响钢材机械性能的因素时,应特别注意导致钢材变脆的因素。

碳素钢中,铁元素含量约占99%左右,其他元素有碳,磷、氮、硫、氧、锰、硅等,它们的总和约占1%左右。低合金钢中,除上述元素外,还有合金元素,其含量小于或等于5%,尽管碳和其他元素含量很小,但对钢材的机械性能却有着极大的影响。
普通碳素结构钢中,碳是除铁以外的最主要元素。随着含碳量的增加,钢材的强度提高,塑性,冲击韧性下降,冷弯性能、可焊性和抗锈蚀性能变差。因此,虽然碳是钢材获得足够强度的主要元素,但钢结构中,特别是焊接结构,并不采用含碳量高的钢材。现行《钢结构设计规范》(GB 50017--2003)(本节以下简称《钢结构规范》推荐的钢材,在焊接结构中,%-%之间。
磷、氮、硫和氧是有害的杂质元素;随着磷、氮含量的增加,钢材的强度提高,塑性、冲击韧性严重下降,特别是在温度较低时促使钢材变脆称冷脆,磷还会降低钢的可焊性:硫和氧的含量增加会降低钢材的热加工性能,并降低钢材的塑性、冲击韧性。硫还会降低钢材的可焊性和抗锈蚀性能:所以,对磷、氮、%。
锰和硅是有益的杂质元素,能起到脱氧的作用,当含量适中时,能提高钢材的强度而对塑性和冲击韧性无明显影响:
、浇注的影响
我国目前钢结构用的钢,主要是由平炉和氧气转炉冶炼而成的。这两种冶炼方法的钢,质量大体相当。
钢材冶炼后按浇铸方法也称脱氧方法的不同而分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢。沸腾钢采用锰铁作脱氧剂,脱氧不完全,钢材质量较差,但成本低;镇静钢用锰铁加硅或铝脱氧,脱氧较彻底,材质好,但成本较高;半镇静钢脱氧程序、质量和成本介于沸腾钢和镇静钢之间;特殊镇静钢的脱氧程序比镇静钢更高,质量最好,但成本也最高。

当构件截面的完整性遭到破坏,如开孔、截面改变等,构件截面的应力分布不再保持均匀,在截面缺陷处的附近产生高峰应力,而截面其他部分应力则较低,这种现象称为应力集中图11-82)。应力集中是导致钢材发生脆性破坏的主要因素之一。试验表明,截面改变越突然、尖锐程度越大的地方,应力集中越严重,引起脆性破坏的危险性就越大。因此,在结构设计中应使截面的构造合理。如截面必须改变时,要平缓过渡。构件制造和施工时,应尽可能防止造成刻槽等缺陷。

钢材在正温范围内,约在1000C以上时,随着温度的升高,钢材的强度降低,塑性增大。在2500C左右,钢材的抗拉强度有所提高,而塑性下降,这种现象称为冷脆现象,钢结构不宜在该温度范围内加工。温度达到500-6000C时,强度几乎为零。因此,当结构表面经常受较高的辐射热150℃以上